Control y supervisión de un proceso electro-neumático

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					                                                ISTEMAS INFORMÁTICA
                                               SDISEÑO YETECNOLOGÍA

Revista de la Facultad de Ingeniería Industrial
Vol. 11(2): pp 73-78 (2008) UNMSM
ISSN: 1560-9146 (Impreso) / ISSN: 1810-9993 (Electrónico)



Control y supervisión de un
proceso electro-neumático
                                                                                                                          Mg. Ing. José Antonio
                                                                                                                        (1)

Recepción: Marzo de 2008 / Aceptación: Mayo de 2008                                                                            Velásquez Costa




                                                     INTRODUCCIÓN
 RESUMEN
                                                     La incorporación de herramientas de automatización en los procesos
 El presente artículo busca detallar de una manera
                                                     industriales es una necesidad para toda empresa que busca sobresalir
 sencilla cómo se puede controlar y supervisar un
 proceso electro-neumático desde la pantalla de      en su propio mercado y en los internacionales.
 una computadora empleando el software SCADA
 Intouch.                                            La electro-neumática, los controladores lógicos programables (PLC’s),
                                                     la robótica, los sistemas de supervisión y control (SCADA), y en general
 Palabras clave: Electro-neumática, Control, Su-
                                                     de la automatización, concentran un conjunto de tecnologías y aplica-
 pervisión, Intouch
                                                     ciones cuya implantación industrial incrementa drásticamente la pro-
                                                     ductividad, permitiendo en paralelo la mejora de calidad de los
 CONTROL AND MONITORING OF AN ELECTRO-               productos y de las condiciones de trabajo del personal de planta.
 PNEUMATIC PROCESS

                                                     El control de un sistema electro-neumático puede ser realizado a través
 ABSTRACT
                                                     de un PLC con características que permitan el óptimo desempeño de
 This paper seeks to detail the manner to control    los elementos a controlar. Para este proyecto se empleará un PLC
 and supervise an electro-pneumatic process          Festo de tipo compacto, al cual se conectaran 3 cilindros de doble
 through the screen of a computer using Intouch      efecto, a 3 electro-válvulas biestables, cada una de ellas con un.
 SCADA software.

                                                     La supervisión del sistema se logrará mediante el uso del software In-
                                                     touch, ello permitirá que todas las variables del proceso se muestren
                                                     en la pantalla de un computador. Esta es una ventaja para iniciar o de-
                                                     tener la secuencia del sistema electro-neumático, porque solo bastará
                                                     con oprimir un botón del mouse.

                                                     DISEÑO DEL MODELO NEUMÁTICO Y ELECTRO-NEUMÁTICO

                                                     El diseño del sistema se realizará en el software FluidSim, el cual tam-
                                                     bién permite simular secuencias de sistemas neumáticos y electro-neu-
                                                     máticos.

                                                     Para iniciar, se colocara en el proyecto los siguientes dispositivos:
                                                     fuente de aire comprimido, unidad de mantenimiento, pulsadores, elec-
                                                     tro-válvulas tipo 5/2 biestables, finales de carrera y sensores.

                                                     En la Figura N.º 1 se muestra el diseño del sistema neumático pro-
                                                     puesto para la secuencia A+ B+ C+ A- B- C-. Esto es, al presionar un
                                                     pulsador se extiende el cilindro A; cuando ello ocurre, se activa el final
                                                     de carrera A1, quien envía una señal para que el cilindro B se extienda;
                                                     cuando ello ocurre, se activa el final de carrera B1, quien envía una
                                                     señal para que el cilindro C se extienda; cuando ello ocurre, se activa
                                                     el final de carrera C1, quien envía una señal para que el cilindro A se re-


                                                     1   Jefe del Laboratorio de Automatización – CIM (UNIVERSIDAD RICARDO PALMA. PERU) email: ave-
                                                         lasquez@urp.edu.pe; cim.urp@gmail.com




                                                                                                                       Ind. data 11(2), 2008   73
                                                                       SDISEÑO YETECNOLOGÍA
                                                                        ISTEMAS INFORMÁTICA


Control y supervisión de un proceso electro-neumático




                            Figura N.º 1: Diseño neumático del sistema A+ B+ C+ A- B- C-




FUENTE: Elaboración propia

traiga; cuando ello ocurre, se activa el final de ca-                     Figura N.º 2: Diseño electro-neumático del
rrera A0, quien envía una señal para que el cilindro                              sistema A+ B+ C+ A- B- C-
B se retraiga; cuando ello ocurre, se activa el final de
carrera B0, quien finalmente envía una señal para
que el cilindro C se retraiga. El ciclo puede ser único
o continuo. Será ciclo único si se presiona el pulsa-
dor rasante, y ciclo continuo, si se presiona el pulsa-
dor con enclavamiento.

La Figura N.º 2 muestra el diseño electro-neumático
del sistema propuesto. Aquí se han asignado distinto
tipos de detectores para las posiciones retraídas y
extendidas de los cilindros de doble efecto. La tabla
1 muestra las señales de entrada de los finales de
carrera y sensores que se conectan al PLC para
permitir la supervisión del sistema.

Según el diseño propuesto, la simulación muestra
concretamente la secuencia A+ B+ C+ A- B- C-.
Cada letra representa un cilindro, en este caso se
tiene 3 cilindros, el símbolo “+” representa el cilindro               FUENTE: Elaboración propia.
extendido, el símbolo “-” representa el cilindro retra-
ído. Visto de esta manera, se logra detallar lo que                    el aire comprimido ingrese a la válvula, llegue al ci-
ocurre en el circuito electro-neumático:                               lindro y se extienda el cilindro. Una vez extendido
                                                                       el cilindro A, el sensor óptico A1, detecta dicha po-
Al presionar un pulsador eléctrico conmuta la vál-                     sición y envía una señal para que la válvula que
vula de control del cilindro A conmute y permite que                   controla al cilindro B conmute y permita que este

                                     Tabla N.º 1: Señales de entrada para los cilindros
                                                          Posición retraído    Posición extendido
                                   Cilindro A           Final de carrera (A0) Sensor óptico (A1)
                                   Cilindro B           Final de carrera (B0) Sensor óptico (B1)
                                   Cilindro C           Final de carrera (C0) Final de carrera (C1)
                              FUENTE: Elaboración propia.




74 Ind. data 11(2), 2008
                                       SDISEÑO YETECNOLOGÍA
                                        ISTEMAS INFORMÁTICA


                                                                                   Mg. Ing. José Antonio Velásquez Costa



cilindro se extienda. Cuando ello ocurre, el final de            Figura N.º 3: Aplicación real del sistema
carrera B1 se activa y envía una señal para que la                          electro-neumático
válvula de control del cilindro C también conmute y
se extienda dicho cilindro. Al estar extendido, se
activa el final de carrera C1 y permite el retroceso
del cilindro A, luego de cilindro B y, finalmente, del
tercer cilindro.

MONTAJE DE LA APLICARON REAL

El montaje del sistema electro-neumático propuesto
se realiza sobre una placa perfilada en la cual se co-
locarán cada uno de los elementos del sistema elec-
tro-neumático.
Las direcciones de las señales que se conectaran
al PLC se muestran en la Tabla N.º 2:

Tabla N.º 2: Señales de entrada y salida del PLC
 Dirección                      Comentario
    I0.0                     Pulsador de inicio                    Figura N.º 4: PLC Compacto Festo
    I0.1       Pulsador de inicio con enclavamiento
    I0.2                     Final de carrera A0
    I0.3                      Sensor óptico A1
    I0.4                     Final de carrera B0
    I0.5                  Sensor óptico B1
    I0.6                 Final de carrera C0
    I0.7                 Final de carrera C1
    00.0                     Extender cilindro A
    00.1                     Retraer cilindro A               STEP 1
    00.2                     Extender cilindro B              IF     N  T1                  'TIMER 1
    00.3                     Retraer cilindro B               THEN RESET    O0.0            'Extender cilindro A
                                                                 RESET     O0.1             ‘Retraer cilindro A
    00.4                     Extender cilindro C                 RESET     O0.2             'Extender cilindro B
    00.5                     Retraer cilindro C                  RESET     O0.3             'Retraer cilindro B
FUENTE: Elaboración propia                                       RESET     O0.4             'Extender cilindro C
                                                                 RESET     O0.5             'Retraer cilindro C
La Figura N.º 3 muestra las conexiones de las entra-
das y salidas al PLC de la aplicación real. Se debe           STEP 2
precisar que este PLC trabaja con 24VDC al igual              IF          I0.0              'Pulsador de inicio
que el bloque de pulsadores, es por ello que se re-              OR         I0.1            'Pulsador de inicio
quiere una fuente externa estabilizada que propor-                                          con enclavamiento
cione dicho voltaje.                                             OR         F0.0            'FLAG INICIO
                                                                 OR         F0.1            'FLAG INICIO CON
La Figura N.º 4 muestra la disposición del PLC que                                          ENCLAVAMIENTO
se conectará a las ocho entradas y seis salidas co-           THEN JMP TO 3
rrespondientes del sistema electro-neumático.
                                                              STEP 3
Control del sistema propuesto                                 IF       I0.6                 'Final de carrera C0
El control de esta secuencia se realizará a través               AND N    T1                'TIMER 1
de un PLC compacto Festo, el cual tiene capaci-               THEN SET      O0.0            'Extender cilindro A
dad para conectar hasta un máximo de 12 entra-                   RESET     O0.1             'Retraer cilindro A
das y 8 salidas. El programa de control será el                  SET     T1                 'TIMER 1
siguiente:                                                        WITH    3s




                                                                                              Ind. data 11(2), 2008   75
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                                                               ISTEMAS E NFORMÁTICA
                                                                ISTEMAS NFORMÁTICA


Control y supervisión de un proceso electro-neumático



STEP 4                                                            Figura N.º 5: Ventana del proyecto de la
IF       I0.3                         'Sensor óptico A1                          aplicación
   AND N    T1                        'TIMER 1
THEN SET      O0.2                    'Extender cilindro B
   RESET     O0.3                     'Retraer cilindro B
   SET     T1                         'TIMER 1

STEP 5
IF       I0.5                         'Final de carrera B1
   AND N    T1                        'TIMER 1
THEN SET      O0.4                    'Extender cilindro C
   RESET     O0.5                     'Retraer cilindro C
   SET     T1                         'TIMER 1

STEP 6
IF       I0.7                         'Final de carrera C1    Figura N.º 6: Configuración del IP de PLC Festo
   AND N    T1                        'TIMER 1
THEN SET      O0.1                    'Retraer cilindro A
   RESET     O0.0                     'Extender cilindro A
   SET     T1                         'TIMER 1

STEP 7
IF       I0.2                         'Final de carrera A0
   AND N    T1                        'TIMER 1
THEN SET      O0.3                    'Retraer cilindro B
   RESET     O0.2                     'Extender cilindro B
   SET     T1                         'TIMER 1
                                                              una computadora y cuyo objetivo es de visualizar
STEP 8                                                        todos los datos que se miden en la planta o en el
IF          I0.4                      'Sensor inductivo B0    campo de manera amigable, y que permita el control
   AND N       T1                     ‘TIMER 1                de la misma de manera simple y efectiva. Entonces,
THEN SET         O0.5                 'Retraer cilindro C     luego de realizar el programa de control y verificar
   RESET        O0.4                   'Extender cilindro C   que realmente ocurra la secuencia deseada, se tra-
   SET        T1                      'TIMER 1                baja con el software Intouch que es un software
   JMP TO 1                                                   SCADA. En él se diseña el proceso arrastrando de
                                                              su amplia librería, los elementos que se van a visua-
                                                              lizar. El objetivo es supervisar en la pantalla del com-
En la Figura N.º 5 se muestra la apariencia del soft-         putador, lo que ocurre en el proceso y además en
ware FST que permitirá la programación del PLC                tiempo real. La Figura N.º 7 muestra el diseño del
Festo. La programación se realiza en el lenguaje              sistema propuesto en el software Intouch.
Statement List o también llamado Lista de instruc-
ciones. Para descargar el programa al PLC, se                  Figura N.º 7: Diseño del sistema propuesto en
debe instalar el driver de comunicacion TCP/IP e                             el software Intouch
incluirlo en el proyecto. Para ello se ingresa a Dri-
ver Configuration y se asigna una dirección IP al
PLC. Ver Figura N.º 6.

Supervisión del sistema propuesto

Una de las partes más importantes de los sistemas
de automatización lo constituye el sistema de visua-
lización de los datos, lo que se conoce como Inter-
fase Hombre- Máquina (MMI) o Interfase Humano –
Máquina (HMI), también se denomina Software
SCADA. El software SCADA o HMI está formado
por diferentes software’s o programas que corren en           FUENTE: Elaboración propia.




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                                 SDISEÑO YETIECNOLOGÍA
                                  ISTEMAS E NFORMÁTICA
                                   ISTEMAS NFORMÁTICA


                                                                                Mg. Ing. José Antonio Velásquez Costa



En esta etapa es indispensable la utilización del pro-   Figura N.º 9: Configuración del IPC Data Server
grama de comunicación IPC Data Server, el cual
permite realizar la comunicación DDE entre el PC y
el PLC. Ver figura 8. Este programa envía y recibe
datos de los PLC’s que tengan instalado el driver
TCP/IP (IPC’s). También se puede comunicar con
PLC’s que tengan solo conexión RS232 (FPC’s).
Este también actúa como un servidor DDE (Dinamic
Data Exchange), que provee una interfase con los
programas clientes DDE, en este caso el InTouch.
Se requiere configurar la comunicación hacia el
PLC, en nuestro caso será a través de un protocolo
de red TCP/IP.

Figura N.º 8: Vista del software IPC Data Server




                                                         Figura N.º 10: Configuración del Access Name




En la Figura N.º 9 se muestra la ventana de configu-
ración del protocolo TCP/IP, en ella se tiene que
asignar una dirección IP al PLC, para que se pueda
comunicar con este dispositivo.

Luego de configurar el protocolo de comunicación
del PLC, se ingresa a la ventana Access name del
Intouch para enlazar datos vía DDE de otras aplica-
ciones Windows hacia InTouch. Aquí es importante
el nombre de “acceso” que se asigne, dado que ese
nombre se utiliza más adelante en otra ventana de
configuración. La Figura N.º 10 muestra la ventana
del Access Name.                                         Finalmente, desde el Intouch, se ingresa a Runtime
                                                         y se logrará supervisar en tiempo real la secuencia
También se requiere configurar en el Intouch todas       Electro-neumática. La Figura N.º 12 muestra la vista
las señales que se emplearan en la supervisión. Se       del WindowViewer del Intouch, desde donde se
debe tener en cuenta que cada señal se configurara       puede controlar el proceso con el botón Start o el
tipo I/O Discrete y adicionalmente mediante el botón     Switch ON/OFF. Si se desea que la secuencia se re-
Access Name, se selecciona el “acceso” creado an-        pita un solo ciclo, se presiona el botón Start y si se
teriormente. En la Figura N.º 11 se muestra la co-       quiere que la secuencia sea continua, se presiona el
rrecta configuracion de las señales I/O que se           Switch. La supervisión se vera en tiempo real en la
realiza en el Intouch.                                   pantalla del computador.




                                                                                           Ind. data 11(2), 2008   77
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                                                         ISTEMAS E NFORMÁTICA
                                                          ISTEMAS NFORMÁTICA


Control y supervisión de un proceso electro-neumático



Figura N.º 11: Configuración de las señales I/O         Figura N.º 12: Vista del WindowViewer de Intouch
                 en el Intouch




                                                        FUENTE: Elaboración propia.


CONCLUSIÓN                                              REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. En el diseño del modelo electro-neumático se         1. Bolton, W. (2006). Mecatrónica.
   emplea el software FluidSim, el cual también
   permite simular su funcionamiento.                   2. García Moreno, Emilio (2001). Automatización
2. montaje de la aplicación real se realiza tomando        de Proceso Industriales.
   en cuenta cada una de las señales configuradas
   en el software FluidSim.                             3. Piedrafrita Moreno, Ramón (2001). Ingeniería de
3. La programación de la secuencia para la aplica-         la Automatización Industrial.
   ción real se realiza en el software FST. Dicho
   programa debe ser descargado al PLC.                 4. FST User's Guide. Festo.
4. Existen parámetros como la dirección IP y otros
   que se deben configurar para que se realice la       5. InTouch Users Guide. Invensys Systems.
   correcta comunicación entre el proceso electro-         Wonderware.
   neumático y el software Intouch.
5. Se logra el control y supervisión en tiempo real
   del sistema electro-neumático a través de una
   pantalla previamente diseñada en el Intouch.




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